Допустимые степени деформации при волочении труб

При волочении сечение трубы за один проход может быть уменьшено только до определенных размеров, при получении которого обеспе­чивается стабильность (устойчивость) процесса при заданном каче­стве готовых труб. В работах И. Л. Перлина, В. Л. Колмогорова, B. И. Уральского, Ю. Ф. Шевакина и др. выбор разовой допусти­мой степени деформации определяется через напряжение волочения в конце выходного участка трубы, которое не должно превышать сопротивление деформации металла трубы, т.е. выходящий из волоки металл должен иметь некоторый запас прочности, определяемый коэффициентом запаса:

 

где — истинный предел текучести протянутой трубы.

 

Процесс волочения труб протекает стабильно (по данным С. И. Борисова), если коэффициент запаса прочности составляет:

где _Т - предел текучести металла наклепанной трубы.

Максимальная деформация _доп, допустимая по прочности се­чения выходящей трубы, зависит от соотношения толщины стенки к диаметру трубы.

При волочении тонкостенных и особотонкостенных труб сте­пень деформации трубы при безоправочном волочении ограничива­ется устойчивостью трубы, а не прочностью выходного сечения трубы. Ввиду отсутствия оправки с увеличением обжатия труба в очаге деформации может потерять поперечную устойчивость (об­разование продольных складок) Зависимость критической дефор­мации от отношения S/D_T, по данным С. И. Борисова, может быть выражена уравнением:

(8)

 

Ниболее вероятное место возможной потери устойчивости начало контактной поверхности, где толщина стенки минимальна, а радиальное давление максимально. Критическая величина нор­мального давления, вызывающая потерю устойчивости трубы, мо­жет быть определена по данным И. Л. Перлина и М. 3. Ерманка:

(9)

где Е - модуль упругости; S - толщи­на стенки трубы; - коэффициент Пуансона; R - средний радиус сече­ния трубы.

 

Минимальное отношение S/D_T, при котором сохраняется устойчивость трубы:

(10)

В связи со сложностью расчетов по приведенной формуле из-за отсутст­вия зависимостей, определяющих работе И. Л. Перлина и М. 3. Ерманка рекомендуется во избе­жание потери устойчивости трубы применять уменьшение диаметра тру­бы, не превышающее за один проход шестикратной толщины стенки, т. е. D₃- D_T< 6S.

 

 

Рис. 65. Зависимость критиче­ской степени деформации от от­ношения S/D_T: I - область пол­ной потери устойчивости; II -область допустимых деформа­ций; III - область, где величина деформации лимитируется проч­ностью выходящей трубы; IV -область колеблющейся устойчи­вости трубы

При волочении труб на неподвиж­ной (короткой) оправке степень де­формации определяется пластически­ми свойствами материала трубы. Для каждого материала устанавливается допустимая деформация _доп до отжига, при которой полностью или в значительной степени исчерпываются пластические свойства. Допустимые (рассчитанные) величины вытяжки должны быть меньше предельных на 8-15% с учетом различных производст­венных факторов, снижающих деформируемость (разностенность заготовки, неравномерность механических свойств по длине, каче­ство смазки, качество инструмента и др.).

Число необходимых отжигов:

где - суммарная вытяжка от заготовки к готовой трубе.

Вытяжки по проходам назначают исходя из допустимого напряжения волочения с учетом соблюдения условий, обеспечиваю­щих необходимый запас прочности.

Величина допустимых вытяжек для различных материалов может быть определена по формуле, рекомендуемой Н. П. Белоусовым:

 

(11)

 

где , k₃ - коэффициент запаса прочно­сти; - относительная деформация за данный проход; - вы­тяжка за проход; - экстраполированный предел текучести; П -модуль пластичности материала.

Для определения степени деформации при волочении на само­устанавливающейся (плавающей) оправке необходимо установить соотношение между уменьшением диаметра трубы и уменьшением толщины стенки, которое определяет устойчивость процесса.

Исследования устойчивости процесса волочения на плавающей оправке, выполненные К. В. Гаген-Торном, показали, что при ма­лых вытяжках ( 1,3) может произойти только небольшое умень­шение толщины стенки и для достаточно эффективного уменьше­ния толщины стенки необходимо применять большие вытяжки ( 1,5). При волочении на плавающей оправке вытяжка за проход:

(12)

Приведенную формулу применяют для определения размеров заготовки по допустимой вытяжке за проход, предварительно рас­считанной из условия прочности протягиваемой трубы.

В табл. 33 приведены допустимые коэффициенты вытяжки при различных способах волочения труб из углеродистой стали.

Таблица 33. Допустимые коэффициенты вытяжки при волочении труб

 

Способ волочения	Коэффициент вытяжки		для сталей
Без оправки	1,5	1,5	1,4	1,35
На короткой оправке	1,7	1,7	1,55	1,45
На плавающей оправке	1,75	1,75	1,6	1,5

 

Расчет усилий при волочении труб

Аналитические методы определения усилий волочения труб основаны на законах механики пластически дефор­мируемого тела и условиях пластичности и определяются совмест­ным решением дифференциального уравнения равновесия сил, действующих на выделенный в очаге элементарный объем метал­ла, и уравнений пластичности для каждого элемента очага дефор­мации.

Усилие волочения Q_B, под действием которого труба протягива­ется через волоку, принято определять по напряжению волочения

(13)

 

где - площадь поперечного сечения трубы после волочения.

Ниже приведены формулы расчета напряжений при безопра-вочном волочении труб.

1.1. Формула И. Л. Перлина

(14)

 

где - среднее значение предела текучести мате­риала до и после деформации,

или

Зависимость может быть получена методом регрес­сионного анализа на основании экспериментальных данных. Значе­ние - напряжение на границе упругой и пластической зон; ао- предел прочности исходного материала (заготовки);

f- коэффициент трения; а' - приведенный угол волоки:

D₃, D_T - диаметры заготовки и трубы; D_3Cp, D_TCp - средние диа­метры заготовки и трубы (D_3cp = d₃ + S ₃; D_TCp = d_T + S_T); -половина угла входного конуса волоки; - длина калиб­рующего пояска волоки.

 

1.2. Формула Л. Е. Алыпевского

 

(15)

1.3. Формула Е. Зибеля

(16)

где - площади поперечного сечения заготовки и трубы.

В табл. 34 приведены результаты расчета напряжения безоправочного волочения по формулам различных авторов.

Таблица 34. Расчетные и экспериментальные напряжения при безоправочном волочении

 

Размер трубы , мм	Напряжение, кН
до волочения	после воло­чения	расчетное по формулам	эксперимен­тальное
(14)   (13.14)	(15)	(16)
47,0 х 6,0 42,0 х 2,6 40,0 х 1,9 38,0 х 1,7 34,0 х 2,7 32,0 х 3,9	42,0 х 6,0 34,0 х 2,6 35,0 х 1,9 30,0 х 1,7 27,0 х 2,7 26,0 х 3,9	147 77 42 48 68 89	147,7 76,3 54,8 57,0 72,9	79,5 50,4 67,5 87,9

 

1.4.Формула М. М. Бернштейна

 

(17)

Формула М. М. Бернштейна наиболее проста, но она эмпири­ческая, поэтому при учете влияния различных факторов процесса на напряжение волочения следует пользоваться формулами И. Л. Перлина и Л. Е. Алыыевского.

Напряжение при волочении на неподвижной (короткой) оп­равке можно определить по следующим формулам.

 

2.1. Формула И. Л. Перлина

(18)
где - среднее значение предела текучести материала в зоне об­жатия стенки: = ; здесь - предел текучести мате­риала в конце зоны осаживания; - предел текучести материала в конце зоны обжатия стенки;

где d_T - внутренний диаметр трубы; - площадь поперечного се­чения трубы в конце зоны осаживания; - растягивающее осевое напряжение на границе зон обжатия и осаживания стенки, опреде­ляемое по формуле И. Л. Перлина для безоправочного волочения.

 

2.2. Формула Л. Е. Альшевского

(19)

 

2.3. Формула В. А. Кочкина

(20)

 

При волочении на короткой неподвижной оправке на стержень действует растягивающее усилие, величину которого можно опре­делить по формуле И. Л. Перлина:

(21)

(22)

 

Напряжение при волочении на подвижной длинной оправке оп­ределяют по следующим формулам.

 

 

3.1. Формула И. Л. Перлина

(23)

3.2. Формула Л. Е. Альшевского

(24)
Усилие на оправке при ее волочении с трубой (по Л. Е. Альшевскому):

 

(25)

С учетом усилия на оправке общее усилие волочения:

(26)

 

3.3. Формула М. М. Бернштейна

(27)

При расчетах напряжений волочения можно принимать коэф­фициент трения равным 0,11 - 0,13 для углеродистой и низколеги­рованной сталей.

Для определения тягового усилия волочения при практи­ческих расчетах можно пользоваться упрощенными формулами П. Т. Емельяненко и Л. Е. Алыпевского:

при волочении без оправки

(28)

 

при волочении на неподвижной оправке

(29)

 

при волочении на подвижной оправке

(30)

 

Здесь = 1,0— 1,15- коэффициент, учитывающий влияние сред­него главного напряжения (для толстостенных труб = 1,0); -среднее значение предела текучести материала трубы;

— угол наклона стенки волоки к оси волочения; - коэффициент трения между оправкой, волокой и трубой; а - отношение радиуса оправки к среднему конечному радиусу трубы.

Оптимальный угол увеличивается с повышением обжатия и ко­эффициента вытяжки. На основании опытных данных установле­но, что оптимальный угол наклона конусной части канала волоки равен 0,210 - 0,245 рад, коэффициент трения при этом равен 0,1 - 0,15.

 

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: